RU2320905C1

RU2320905C1 - Pneumatic hydraulic drive

Info

Publication number: RU2320905C1
Application number: RU2006136963/06A
Authority: RU
Inventors: Сергей Константинович Тусюк (RU); Сергей Константинович Тусюк; Евгений Васильевич Ларкин (RU); Евгений Васильевич Ларкин
Priority date: 2006-10-18
Filing date: 2006-10-18
Publication date: 2008-03-27

Abstract

FIELD: invention refers to machine building.

SUBSTANCE: pneumatic hydraulic drive is assigned for using in automatic systems in quality of executive member fulfilling controlled displacement of objects and/or creation of power influences on objects. Pneumatic hydraulic drive has the first and the second foundations, elastic well-drained cavity connected through input pipeline and input controlled valve with source of working body and through output pipeline and output controlled valve with receiver of working body, there are additionally introduced elastic in transversal direction unstretchable strips attached with one end along perimeter of the first foundation and with another end are attached along the second foundation. At that elastic well-drained cavity is fulfilled with lateral wall attached to additionally introduced the third and the fourth foundations, rigidly connected with unstretchable traction inside elastic well-drained cavity and placed inside volume limited with the first and the second foundations and elastic in transversal direction longitudinally unstretchable strips.

EFFECT: increases value of developing efforts on output element.

2 cl, 6 dwg

Description

Пневмогидропривод предназначен для использования в системах автоматики в качестве исполнительного устройства, осуществляющего управляемое перемещение объектов и/или создания управляемых силовых воздействий на объекты. В частности, пневмогидропривод может быть использован в робототехнике в качестве устройства, осуществляющего управляемые движения манипуляторов роботов.Pneumohydraulic actuator is intended for use in automation systems as an actuator that performs controlled movement of objects and / or create controlled force effects on objects. In particular, a pneumohydraulic actuator can be used in robotics as a device that carries out controlled movements of robotic arms.

Известен пневмопривод, содержащий силовой цилиндр, проточные полости которого сообщены с источником питания через распределительный элемент, выполненный в виде двух запорных органов [Патент РФ №2133387 (Россия) - МПК⁶ F15В 15/02. - Заявл. 16.10.97. - Опубл. 20.7.99, Бюл. N 20].Known pneumatic actuator containing a power cylinder, the flow cavities of which are connected with a power source through a distribution element made in the form of two locking bodies [RF Patent No. 2133387 (Russia) - IPC ⁶ F15В 15/02. - Declared. 10/16/97. - Publ. 20.7.99, Bull. N 20].

К недостаткам известного устройства можно отнести относительно низкое развиваемое усилие на выходном штоке привода при заданных ограничениях на габариты устройства и входное давление рабочего тела, что не позволяет использовать его без дополнительных механизмов в качестве, например, привода робота.The disadvantages of the known device include the relatively low developed force on the output rod of the drive with given restrictions on the dimensions of the device and the input pressure of the working fluid, which does not allow using it without additional mechanisms as, for example, a robot drive.

Из известных устройств наиболее близким по технической сущности заявляемому (прототипом) является камерный пневмогидропривод, содержащий первое и второе основания, эластичную проточную полость, соединенную через входной трубопровод и входной управляемый клапан с источником рабочего тела и через выходной трубопровод и выходной управляемый клапан с приемником рабочего тела, и передаточный механизм, преобразующий изменение размеров проточной полости в линейное или вращательное движение исполнительного механизма [Пневматические устройства и системы: Справочник / Е.В.Герц, А.И.Кудрявцев, О.В.Ложкин и др. Под ред. Е.В.Герца. - М.: Машиностроение, 1981. - 408 с.].Of the known devices, the claimed closest in technical essence (prototype) is a pneumatic chamber hydraulic actuator containing the first and second bases, an elastic flow cavity connected through an inlet pipe and an inlet controlled valve to a source of a working fluid and through an outlet pipe and an outlet controlled valve with a working fluid receiver , and a transmission mechanism that converts the change in the size of the flow cavity into a linear or rotational movement of the actuator [Pneumatic devices and-keeping system: Reference / E.V.Gerts, A.I.Kudryavtsev, O.V.Lozhkin et al, Ed.. E.V. Hertz. - M.: Mechanical Engineering, 1981. - 408 p.].

К недостаткам известного устройства также можно отнести невысокое развиваемое усилие на исполнительном механизме.The disadvantages of the known device can also be attributed to the low developed effort on the actuator.

Задачей изобретения является повышение величины развиваемого усилия на выходном элементе привода при заданных ограничениях на габариты устройства и входное давление рабочего тела.The objective of the invention is to increase the magnitude of the developed effort on the output element of the drive with the given restrictions on the dimensions of the device and the input pressure of the working fluid.

Указанная задача решается тем, что в пневмогидропривод, содержащий первое и второе основания, эластичную проточную полость, соединенную через входной трубопровод и входной управляемый клапан с источником рабочего тела и через выходной трубопровод и выходной управляемый клапан с приемником рабочего тела, дополнительно введены упругие в поперечном направлении продольно нерастяжимые полосы, прикрепленные одним концом по периметру первого основания, а другим концом прикреплены по периметру второго основания, причем эластичная проточная полость выполнена с боковой стенкой, прикрепленной к дополнительно введенным третьему и четвертому основаниям, жестко соединенным нерастяжимой тягой внутри эластичной проточной полости, и помещена внутрь объема, ограниченного первым и вторым основаниями и упругими в поперечном направлении продольно нерастяжимыми полосами.This problem is solved by the fact that in the pneumatic actuator containing the first and second bases, an elastic flow cavity connected through an inlet pipe and an inlet controlled valve to a source of a working fluid and through an outlet pipe and an outlet controlled valve with a working fluid receiver, elastic in the transverse direction is additionally introduced longitudinally inextensible strips attached at one end around the perimeter of the first base, and at the other end attached at the perimeter of the second base, the elastic flow the cavity is formed with the side wall secured to additionally entered the third and fourth bases rigidly coupled inside the inextensible traction elastic flow cavity, and positioned inside the volume delimited by the first and second bases and is elastic in the transverse direction longitudinally inextensible strips.

Сущность изобретения поясняется чертежами:The invention is illustrated by drawings:

на фиг.1 приведена конструкция пневмогидропривода, вид спереди для случая, когда проточная полость прикреплена к основанию;figure 1 shows the design of the pneumatic actuator, front view for the case when the flow cavity is attached to the base;

на фиг.2 показан пневмогидропривод, вид сверху;figure 2 shows a pneumatic actuator, top view;

на фиг.3 изображен разрез пневмогидропривода по А-А,figure 3 shows a section of a pneumatic actuator AA,

на фиг.4 приведена конструкция пневмогидропривода, вид спереди для случая, когда эластичная проточная полость прикреплена к упругим в поперечном направлении продольно нерастяжимым полосам;figure 4 shows the design of the pneumatic actuator, front view for the case when the elastic flow cavity is attached to elastic in the transverse direction longitudinally inextensible bands;

на фиг.5 показано одно из возможных конструктивных решений по креплению эластичной проточной полости к упругим в поперечном направлении продольно нерастяжимым полосам;figure 5 shows one of the possible structural solutions for attaching an elastic flow cavity to elastic in the transverse direction of longitudinally inextensible bands;

на фиг.6 показан чертеж, поясняющий развитие усилий в пневмогидроприводе.6 is a drawing explaining the development of forces in a pneumatic actuator.

В состав устройства входят: эластичная проточная полость 2, которая через входной трубопровод 3 и входной управляемый клапан 4 подсоединены к источнику рабочего тела 5, а через выходной трубопровод 6 и выходной управляемый клапан 7 присоеденены к приемнику рабочего тела 8, первое основание 1 и второе основание 9 соединены с помощью крепления 11 с упругими в поперечном направлении продольно нерастяжимыми полосами 10, третье основание 12 и четвертое основание 14 соединены нерастяжимой тягой 13, боковая эластичная стенка 15 с помощью крепежных элементов 17 и уплотнительных колец 16 закреплена на третьем 12 и четвертом 14 основаниях, элементы 18, 19 служат для подсоединения внешней нагрузки, деформируемый крепежный элемент 20 упругих в поперечном направлении продольно нерастяжимых полос прикреплен к боковой эластичной стенке 15.The structure of the device includes: an elastic flow cavity 2, which is connected to the source of the working fluid 5 through the inlet pipe 3 and the input controlled valve 4, and connected to the working fluid receiver 8, the first base 1 and the second base through the output pipe 6 and the output controlled valve 7 9 are connected by means of a fastener 11 to transversely elastic longitudinally inextensible strips 10, the third base 12 and the fourth base 14 are connected by an inextensible rod 13, the lateral elastic wall 15 by means of fasteners 17 and O-rings 16 are fixed on the third 12 and fourth 14 bases, elements 18, 19 are used to connect an external load, a deformable fastener 20 of transversely elastic longitudinally inextensible bands is attached to the lateral elastic wall 15.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Рабочее тело (жидкость или газ) из источника 5 рабочего тела через входной управляемый клапан 4 и входной трубопровод 3 поступает в эластичную проточную полость 2, наполняя ее. При этом уплотнительные кольца 16 и крепежные элементы 17, прижимающие боковую эластичную стенку 15 эластичной проточной полости 2 к третьему и четвертому основаниям 12 и 14, препятствуют утечке рабочего тела из эластичной проточной полости 2. При наполнении рабочим телом за счет эластичности боковых эластичных стенок 15 объем эластичной проточной полости 2 увеличивается, при этом боковая эластичная стенка 15 осуществляет силовое воздействие на упругие в поперечном направлении продольно нерастяжимые полосы 10, которые деформируются, принимая в месте контакта с боковой эластичной стенкой 15 эластичной проточной полости 2 форму, приближающуюся к шарообразной. Продольные составляющие усилия, создаваемого давлением внутри эластичной проточной полости 2, воспринимаются третьим и четвертым основаниями 12 и 14, соединенным нерастяжимой тягой 13, и таким образом уравновешиваются внутри эластичной проточной полости 2.The working fluid (liquid or gas) from the source 5 of the working fluid through the inlet controlled valve 4 and inlet pipe 3 enters the elastic flow cavity 2, filling it. At the same time, the sealing rings 16 and fasteners 17, pressing the lateral elastic wall 15 of the elastic flow cavity 2 to the third and fourth bases 12 and 14, prevent the leakage of the working fluid from the elastic flow cavity 2. When filling with the working fluid due to the elasticity of the lateral elastic walls 15 volume elastic flow cavity 2 increases, while the lateral elastic wall 15 exerts a force on the longitudinally inextensible elastic bands 10, which are deformed, taking into the contact with the lateral elastic wall 15 of the elastic flow cavity 2 form, approaching a spherical. The longitudinal components of the force created by the pressure inside the elastic flow cavity 2 are perceived by the third and fourth bases 12 and 14 connected by an inextensible rod 13, and thus are balanced inside the elastic flow cavity 2.

Деформация упругих в поперечном направлении продольно нерастяжимых полос 10 приводит к изменению расстояния между первым и вторым основаниями 1 и 9, при этом усилие от упругих в поперечном направлении продольно нерастяжимых полос 10 передается на первое и второе основания 1 и 9 через крепежные элементы 17, выполненные в приведенном варианте конструкции в виде винтов, которые вворачиваются в первое основание 1 и второе основание 9, и таким образом прикрепляют упругие в поперечном направлении продольно нерастяжимые полосы 10 к первому и второму основаниям 1 и 9. При неизменном расстоянии между первым и вторым основаниями 1 и 9 на них передается стягивающее усилие от упругих в поперечном направлении продольно нерастяжимых полос 10.The deformation of the transversely elastic longitudinally inextensible strips 10 leads to a change in the distance between the first and second bases 1 and 9, while the force from the transverse elastic longitudinally inextensible strips 10 is transmitted to the first and second bases 1 and 9 through the fastening elements 17 made in the given embodiment in the form of screws that are screwed into the first base 1 and second base 9, and thus attach longitudinally inextensible elastic bands 10 in the transverse direction to the first and second bases 1 and 9. With a constant distance between the first and second bases 1 and 9, a tensile force is transmitted to them from longitudinally inextensible bands 10 elastic in the transverse direction.

К внешней нагрузке пневмогидропривод подсоединяется с помощью элементов 18, 19 для подсоединения внешней нагрузки, которые в приведенном на фиг.1 и фиг.4 вариантах конструкции выполнены в виде отверстий с резьбой в первом и втором основаниях 1 и 9, соответственно. В данные отверстия могут быть ввернуты, например, рым-болты (на фиг.1 и фиг.4 не показаны), но может быть принято и другое известное конструктивное решение.The pneumatic hydraulic actuator is connected to the external load by means of elements 18, 19 for connecting the external load, which in the embodiment shown in Fig. 1 and Fig. 4 are made in the form of threaded holes in the first and second bases 1 and 9, respectively. For example, eye bolts (not shown in FIG. 1 and FIG. 4) can be screwed into these holes, but another well-known structural solution can be made.

Таким образом, при повышении давления внутри эластичной проточной полости 2 осуществляется либо перемещение внешней нагрузки за счет сокращения расстояния между основаниями 1 и 9, либо силовое воздействие на внешнюю нагрузку за счет передачи усилия, создаваемого давлением в эластичной проточной полости 2 через упругие в продольном направлении продольно нерастяжимые полосы 10 на основания 1 и 9.Thus, when the pressure inside the elastic flow cavity 2 is increased, either the external load is displaced by reducing the distance between the bases 1 and 9, or the force acts on the external load due to the transmission of the force created by the pressure in the elastic flow cavity 2 through the longitudinal longitudinally elastic Inextensible stripes 10 on the bases 1 and 9.

Натяжение каждой из упругих в продольном направлении продольно нерастяжимых полос 10 определяется зависимостью (см. фиг.6, где π - ось полярной системы координат, связанной с центром эластичной проточной полости 2; φ - угол полярной системы координат)

, а в самом устройстве между основаниями 1 и 9 развивается тянущее усилие, равное

, где Р - избыточное давление в эластичной проточной полости 2; s - поперечный размер упругих в поперечном направлении продольно нерастяжимых полос 10, контактирующий с боковой эластичной стенкой 15 эластичной проточной полости 2; R(φ) - радиус кривизны боковой эластичной стенки 15 и упругой в поперечном направлении продольно нерастяжимой полосы 10 в точке, расположенной под углом φ в полярной системе координат; n - общее количество упругих в поперечном направлении продольно нерастяжимых полос 10 в устройстве; ψ - угол между основанием 1 (9) и упругой в поперечном направлении продольно нерастяжимой полосой 10 в точке крепления упругих в поперечном направлении и продольно нерастяжимых полос 10 к основанию 1 (9).The tension of each of the longitudinally inextensible bands 10 elastic in the longitudinal direction is determined by the dependence (see Fig. 6, where π is the axis of the polar coordinate system associated with the center of the elastic flow cavity 2; φ is the angle of the polar coordinate system)

, and in the device itself between the

bases

1 and 9 develops a pulling force equal to

where P is the overpressure in the elastic flow cavity 2; s is the transverse dimension of the longitudinally inextensible bands 10, elastic in the transverse direction, in contact with the lateral elastic wall 15 of the elastic flow cavity 2; R (φ) is the radius of curvature of the lateral elastic wall 15 and the transversely elastic longitudinally inextensible strip 10 at a point located at an angle φ in the polar coordinate system; n is the total number of transverse elastic longitudinally inextensible bands 10 in the device; ψ is the angle between the base 1 (9) and the transversely elastic longitudinally inextensible strip 10 at the attachment point of the transverse elastic and longitudinally inextensible bands 10 to the base 1 (9).

При сбросе давления из эластичной проточной полости 2 через выходной трубопровод 6 и выходной управляемый клапан 7 в приемник рабочего тела 8 объем эластичной проточной полости 2 уменьшается за счет следующих факторов: эластичность стенки 15, упругость полос 10 и внешнее растягивающее усилие между основаниями 1 и 9, способствующее распрямлению упругих в поперечном направлении продольно нерастяжимых полос 10.When depressurizing the elastic flow cavity 2 through the outlet pipe 6 and the output controlled valve 7 to the receiver of the working fluid 8, the volume of the elastic flow cavity 2 decreases due to the following factors: the elasticity of the wall 15, the elasticity of the strips 10 and the external tensile force between the bases 1 and 9, contributing to the straightening of transverse elastic longitudinally inextensible bands 10.

При необходимости получения заданного по величине усилия на основаниях 1 и 9 открываются одновременно входной управляемый клапан 4 и выходной управляемый клапан 7, при этом давление в эластичной проточной полости 2, а следовательно, и усилие на основаниях 1 и 9 зависит от соотношения эффективных проходных сечений входного управляемого клапана 4 и выходного управляемого клапана 7.If it is necessary to obtain a predetermined amount of force on the bases 1 and 9, the inlet controlled valve 4 and the outlet controlled valve 7 are opened simultaneously, while the pressure in the elastic flow cavity 2, and therefore the force on the bases 1 and 9, depends on the ratio of the effective passage sections of the input controlled valve 4 and output controlled valve 7.

Для уменьшения износа эластичной боковой стенки 15 от трения об упругие в боковом направлении продольно нерастяжимые полосы 10 эластичная проточная полость 2 должна быть зафиксирована относительно одного из двух оснований (1 или 9) с помощью, например, крепления 11 проточной полости к основанию 1, как это показано на фиг.1, или с помощью деформируемых крепежных элементов 20 относительно упругих в боковом направлении продольно нерастяжимых полос, как это показано на фиг.5. В последнем случае упругая в поперечном направлении продольно нерастяжимая полоса 10 помещается между боковой эластичной стенкой 14 и деформируемым крепежным элементом 20, в результате чего боковая эластичная стенки оказывается армированной упругими в поперечном направлении продольно нерастяжимыми полосами 10.To reduce the wear of the elastic side wall 15 from friction against laterally elongated longitudinally inextensible bands 10, the elastic flow cavity 2 should be fixed relative to one of the two bases (1 or 9) using, for example, fastening 11 of the flow cavity to the base 1, as shown in figure 1, or using deformable fasteners 20 relatively laterally elastic longitudinally inextensible bands, as shown in figure 5. In the latter case, a transverse elastic longitudinally inextensible strip 10 is placed between the lateral elastic wall 14 and the deformable fastener 20, as a result of which the lateral elastic wall is transversely reinforced longitudinally inextensible stripes 10 in the transverse direction.

Предлагаемое устройство просто в эксплуатации и способно создавать широкий диапазон усилий, необходимых для перемещения объектов, что позволяет применять его в качестве исполнительного привода роботов и робототехнических систем, сходного по параметрам с человеческой мышцей, что делает робот еще ближе к антропоидному механизму.The proposed device is simple to operate and is able to create a wide range of forces necessary for moving objects, which allows it to be used as an actuator for robots and robotic systems, similar in parameters to the human muscle, which makes the robot even closer to the anthropoid mechanism.

Claims

1. Pneumohydraulic actuator containing the first and second bases, an elastic flow cavity connected through an inlet pipe and an inlet controlled valve with a source of a working fluid and through an outlet pipe and an output controlled valve with a receiver of a working fluid, characterized in that transverse elastic ones are introduced into it longitudinally inextensible strips attached at one end around the perimeter of the first base, and at the other end attached at the perimeter of the second base, the elastic flow cavity being made with a side wall attached to the additionally introduced third and fourth bases is rigidly connected by inextensible traction inside the elastic flow cavity, and placed inside the volume bounded by the first and second bases and longitudinally inextensible elastic bands in the transverse direction.

2. The pneumatic actuator according to claim 1, characterized in that the side wall of the elastic flow cavity is attached to longitudinally inextensible bands that are elastic in the transverse direction.